(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210186924.X (22)申请日 2022.02.28 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 徐雷钧　倪利华　白雪　 (51)Int.Cl. G01N 21/59(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于毫米波太赫兹技术的谷物粉品质 检测装置及方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于毫米波太赫兹技术 的的谷物粉品质检测装置及方法， 该装置通过在 上位机输入起始频率、 终止频率以及步进频率发 送给微控制器， 微控制器通过串口中断接收指令 并对指令进行解析， 接着控制毫米波太赫兹锁相 环产生毫米波太赫兹信号对谷物粉进行测量并 通过幅相检测模块将毫米波太赫兹信号转换成 电压信号。 微控制器按照特定频率控制ADC采集 经幅相检测模块转换以后的幅值电压与相位电 压并进行编码， 接着传输至上位机进行曲线绘 制、 数据存储， 以此同时对采集的特征指纹谱数 据进行检测， 并把检测结果在上位机上显示。 本 发明具有体积小、 检测速度快、 灵敏度高的特点， 具有良好的实用性。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114813656 A 2022.07.29 CN 114813656 A 1.一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特征在于， 采用 双外差混 频结构， 该装置中， 上位机1、 显示屏2均和微控制器3相连， 微控制器3分别和毫米波太赫兹 锁相环a4与毫米波太赫兹锁相环b5相连， 相差1098M的毫米波太赫兹锁相环a4与毫米波太 赫兹锁相环b5的信号采用差 分输出， 毫米波太赫兹锁相环a4的一个差 分端口直接与发射 天 线6相连接， 另外一个差分端口与混频器b12的RF端相连接， 毫米波太赫兹锁相环b5的一个 差分端口直接与混频器a11的LO端相连接， 另外一个差分端口与混频器b12的LO端相连接； 接收天线9直接与混频器a11的RF连接， 混频器a11的IF端口与滤波器a13连接， 混频器b12的 IF端口和滤波器b14连接， 最后 滤波器a13和滤波器b14、 幅相检测 模块15、 电压跟随器10以 及微控制器3顺序连接 。 2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特 征在于， 毫米波太赫兹锁相环a4与毫米波太赫兹锁相环b5采用微带线进 行50Ω阻抗匹配以 及采用共面波导输出毫米波太赫兹信号； 由微控制器通过SPI协议按照20Hz的频率改变毫 米波太赫兹锁相环频率， 其输出 频率范围为26GH z‑100GHz。 3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特 征在于， 所述的发射 天线6与接收天线9， 在介质基板反面开一个圆形槽， 紧接着在圆形槽内 接一个椭圆形贴片， 圆形槽圆心、 椭圆形中心与介质基板中心相 重合形成渐变结构激励出 不同谐振 模式。 4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特 征在于， 幅相检测模块用于比较经过谷物粉的被测信号与参考信号之间的差异， 其差异通 过幅值电压与相位电压线性映射， 同时幅值电压与相位电压组成谷物粉的特 征曲线谱。 5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特 征在于， 滤波器a13和滤波器b14采用无源窄带滤波器， 滤除2个毫米波太赫兹锁相环的谐波 分量以及经 过混频器之后的高频分量。 6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特 征在于， 混频器a11、 混频器b12采用毫米波太赫兹同轴双平衡 混频器， 用于把26GHz ‑100GHz 范围内毫米波太赫兹信号混频出1098M信号， 用于测量经过谷物的毫米波太赫兹衰减量与 相移量。 7.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置， 其特 征在于， 上位机包括数据解析、 数据校验、 控制命令交互、 数据存储、 曲线绘制以及算法调 用。 8.根据权利要求1所述的一种基于毫米波太赫兹技术的的谷物粉品质检测装置的检测 方法， 其特 征在于， 包 含以下步骤： 1)微控制器通过SPI协议控制毫米波太赫兹锁相环a4与毫米波太赫兹锁相环b5产生频 率相差1098M、 幅值和相位相同的毫米波太赫兹信号， 经过谷物粉透射的信号功率衰减， 相 位改变， 未经过谷物粉的信号作为参考信号， 2组信号通过1098M的窄带滤波器进入幅相检 测模块进行幅值与相位比较； 2)通过微控制器对ADC采集的幅值电压与相位电压进行滑动滤波、 数据编码及校验， 按 照数据协议发送到上位机进行 数据处理； 3)上位机通过串口接收下位机数据， 通过帧头、 帧尾及校验码对接收数据进行解析， 以权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114813656 A 2此同时调用曲线绘制线程对幅值和相位曲线进行曲线绘制， 并且把数据存储在Excel文本 中。 通过按钮调用MATLAB算法对数据进行谷物品质进行检测， 最终把检测结果显示在上位 机。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114813656 A 3